mesi--cpu内存一致性协议

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• cpu缓存一致性问题
• mesi协议
• mesi协议4种状态，及状态转换
• 模拟工具演示

cpu缓存一致性问题

一个服务器中有多个核，每个核中有多个cpu,每个cpu有多个线程。缓存最少分为3级，1级为线程缓存，2级为核缓存，3级为多个核共享缓存。

产生缓存一致性问题：cpu主缓存count=0，此时线程A需要对count+1，线程B需要count+1,但是线程A读取count=0，修改了count+1还没来得及提交，线程B读取的还是count=0，然后线程A,线程B都提交到cpu主缓存，此时count=1，产生错误，应该count=2

解决方式：
1.cpu主缓存加锁，产生问题效率变低，因为线程A使用count时，其他cpu线程都在等待
2.缓存一致性协议mesi：对单个缓存行进行加锁，不会影响cpu的其他线程

mesi协议

mesi协议：为了解决cpu缓存一致性问题

mesi协议的4种状态：m e s i
MESI是Midified（已修改），Exclusive（独占），Shared（共享），Invalidated（已失效）的缩写，对应Cache Line的四种状态。

多核CPU的cache和内存的构成可以简化为：每个CPU有自己的独有的cache，然后大家共享内存，当每个CPU从cache中读取数据时，如何保证所有cache和内存中数据的一致性，即使MESI协议要解决的问题。

mesi协议4种状态，及状态转换

状态解释：

【M已修改】: 即脏标记，表示当前cache line中的数据已经被修改，没有被写到内存中。
【i已失效】: 状态，表示这个cache line里的数据已经失效，是不可以读取的数据。
【E独占】和【S共享】:状态都表示这个cache line中的数据是干净的（即与内存中的数据是一致的，共享同时也表示与其他cpu cache中的数据是一致的）。

状态转换：

E独占：数据只在被一个cpu读取。
S共享：独占状态基础上，又有其他cpu读取这份数据到自己的缓存行。代表同一份数据在多个cpu的缓存行中
i已失效：当共享状态时，代表同一份数据在多个cpu的缓存行中，不能直接修改，而是要先向所有的其他 CPU 核心广播一个请求，要求先把其他核心的 Cache 中对应的 Cache Line 标记为【已失效】状态，然后再更新当前Cache 里面的数据（这时数据的状态就变为独占的）

模拟工具演示

https://www.scss.tcd.ie/Jeremy.Jones/VivioJS/caches/MESIHelp.htm